Tyemodinamica

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Lista de Exercícios – Sistemas Térmicos
1) Ar é admitido no compressor de um ciclo padrão a ar Brayton (fechado) a 95
kPa e 15°C. A pressão de saída do compressor é de 1 MPa e a temperatura
máxima do ciclo é 1100°C. Determine:
a) A pressão e a temperatura em cada ponto do ciclo.
4 = 1 = 95 ; 3 = 2 = 1
2
2
1 → 2;
=
1
1
= 564,54
4
4
3 → 4;
=
3
3
= 700,87

−1


−1


2→ 2 = 1
1

→ 4 = 3

4
3

−1


−1


1
= 15 + 273,15
0,095

1,4−1
1 ,4

0,095
= 1100 + 273,15
1

1,4−1
1 ,4

b) O rendimento do ciclo.
= 1 −

1
−1


1

=1−

1
0,095

1,4−1
1 ,4

= 0,4896 = 48,96%

c) O trabalho no compressor.
í = − = − = 3 − 2 − 4 − 1
− = 3 − 2 − 4 − 1 = 3 − 2 − 4 + 1
Os processos isentrópicos (3) → (4) e(1) → (2) referenciam o trabalho específico
produzido pela turbina e o trabalho específico consumido pelo compressor,
respectivamente. Realocando os termos com referencia nos processos (3) → (4) e
(1) → (2), teremos:
− = 3 − 2 − 4 + 1 = 3 − 4 − 2 − 1


= 2 − 1 = 1,005





564,54 − 288,15 = 277,77



d) O trabalho na turbina.
= 3 − 4 = 1,005



1373,15 − 700,87 =675,64



í = − = − = 675,64 − 277,77



= 397,87



2) Considere um ciclo padrão a ar Brayton ideal onde a pressão e a temperatura
do ar que entra no compressor são respectivamente, 100 kPa e 20°C, e a
relação de pressão do compressor é 12 para 1. A temperatura máxima do ciclo
é 1100°C e a vazão de ar é 10 kg/s. Admitindo calor especifico constante para
o ar, determine:
a)O trabalho necessário na compressão.
2
2
1 → 2;
=
1
1

−1


→ 2 = 1

= 2 − 1 = 1,005

−1


= 20 + 273,15 12

1,4−1
1 ,4

= 596,25



596,25 − 293,15 = 304,62



b) O trabalho da turbina.
4
4
3 → 4;
=
3
3

−1


1


→ 4 = 3

= 3 − 4 = 1,005

−1


1
= 1100 + 273,15
12

1,4−1
1 ,4

= 675,12



1373,15 − 675,12 = 701,52c) O rendimento térmico do ciclo.
= 1 −

1
4
= 1− =1−
2
3

1


−1


1

=1−
12

1,4−1
1 ,4

= 0,5083 = 50,83%

d) Se o ciclo fosse utilizado para uma máquina alternativa, qual seria a
pressão média efetiva?

1 0,287 . 20 + 273,15

³
1 1 = 1 → 1 =
=
= 0,8413
= 0,8413
1
100



0,287
. 596,25
2
2

³

2 2 = 2 → 2 =
=
=
= 0,1426
= 0,1426
2
12.1
12.100


=

í


=
=
1 − 2 1 − 2 1 − 2


0,5083.1,005
1373,15 − 596,25
3 − 2


=
=
= 568,02
1 − 2

³
0,8413 − 0,1426


3) Considere uma instalação estacionária de turbina a gás que opera segundo um
ciclo a ar Brayton ideal, que fornece uma potência de 100 MW a um gerador
elétrico. A temperatura mínima do ciclo é 300K e a máxima é 1200K. A
pressão mínima éde 100 kPa e a relação de pressão é 11 para 1. Calcule:
a) A potência desenvolvida pela turbina e a potencia para acionar o
compressor. Quanto isso representa em porcentagem?
2
2
1 → 2;
=
1
1
4
4
3 → 4;
=
3
3

−1


−1


→ 2 = 1

→ 4 = 3

= 2 − 1 = 1,005
= 3 − 4 = 1,005

1


−1


−1


= 300 11

1
= 1200
11

= . = 331,71

= 595,19

1,4−11 ,4

= 604,84



595,19 − 300 = 296,67





1200 − 604,84 = 598,14



í = − = − = 598,14 − 296,67

í = . í

1,4−1
1 ,4



= 301,47



3
í 100. 10

→ =
=
= 331,71

í

301,47




. 598,14
= 198409,02 = 198,41



= . = 331,71




. 296,67
= 98408,41 = 98,41




296,67


98,41


% = % =
=
=
=
= 0,49599 = 49,59%
598,14198,41


%í = %í


í í 301,47
100
=
=
=
=
= 0,50401 = 50,40%
198,41


598,14


b) O rendimento térmico do ciclo.
= 1 −

1
4
= 1− =1−
2
3

1
−1


1

=1−
11

1,4−1
1 ,4

= 0,4959 = 49,59%

4) A relação de compressão num ciclo padrão a ar Otto é 8. No inicio do curso de
compressão a pressão é igual a 0,1 MPa e a temperatura é 15°C. Sabendo que
a...
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